stringtranslate.com

Густав Кирхгоф

Густав Роберт Кирхгоф ( нем. [ˈkɪʁçhɔf] ; 12 марта 1824 — 17 октября 1887 ) — немецкий физик и математик , внесший вклад в фундаментальное понимание электрических цепей , спектроскопии и излучения чёрного тела нагретыми объектами. [1] [2]

В 1860 году он ввёл термин « излучение чёрного тела» .

Несколько различных наборов концепций названы в его честь «законами Кирхгофа», в том числе законы цепи Кирхгофа , закон теплового излучения Кирхгофа и закон термохимии Кирхгофа.

Премия Бунзена-Кирхгофа в области спектроскопии названа в честь Кирхгофа и его коллеги Роберта Бунзена .

Жизнь и работа

Густав Кирхгоф родился 12 марта 1824 года в Кенигсберге , Пруссия , в семье юриста Фридриха Кирхгофа и Йоханны Генриетты Виттке. [3] Его семья была лютеранами Евангелической церкви Пруссии . Он окончил Кёнигсбергский университет имени Альберта в 1847 году, где посещал математико-физический семинар под руководством Карла Густава Якоба Якоби , [4] Франца Эрнста Неймана и Фридриха Юлиуса Ришело . В том же году он переехал в Берлин , где оставался до получения профессорской должности в Бреслау . Позже, в 1857 году, он женился на Кларе Ришело, дочери своего профессора математики Ришело. У пары было пятеро детей. Клара умерла в 1869 году. Он женился на Луизе Бреммель в 1872 году .

Черно-белое изображение двух мужчин средних лет, каждый из которых опирается локтем на деревянную колонну посередине. Оба носят длинные куртки, а у невысокого мужчины слева борода.
Кирхгоф (слева) и Роберт Бунзен , ок.  1850 г.

Кирхгоф сформулировал свои законы цепей , которые сейчас повсеместно распространены в электротехнике , в 1845 году, когда он был еще студентом. Он завершил это исследование как семинарское упражнение; позже это стало его докторской диссертацией. В 1854 году его призвали в Гейдельбергский университет , где он сотрудничал в спектроскопических работах с Робертом Бунзеном . В 1857 году он рассчитал, что электрический сигнал в проводе без сопротивления распространяется по проводу со скоростью света . [6] [7] Он предложил свой закон теплового излучения в 1859 году и дал доказательство в 1861 году. Вместе Кирхгоф и Бунзен изобрели спектроскоп , который Кирхгоф использовал, чтобы стать пионером в идентификации элементов на Солнце , показав в 1859 году, что Солнце содержит натрий . Он и Бунзен открыли цезий и рубидий в 1861 году. [8] В Гейдельберге он провел математико-физический семинар, созданный по образцу Франца Эрнста Неймана, с математиком Лео Кенигсбергером . Среди тех, кто посетил этот семинар, были Артур Шустер и Софья Ковалевская .

Он внес большой вклад в область спектроскопии, формализовав три закона, которые описывают спектральный состав света , излучаемого раскаленными объектами, в значительной степени опираясь на открытия Дэвида Альтера и Андерса Йонаса Ангстрема . В 1862 году он был награжден медалью Румфорда за исследования фиксированных линий солнечного спектра и инверсии ярких линий в спектрах искусственного света. [а] В 1875 году Кирхгоф принял в Берлине первую кафедру, специально посвященную теоретической физике .

Он также внес свой вклад в оптику , тщательно решив волновое уравнение , чтобы обеспечить прочную основу для принципа Гюйгенса (и исправить его в процессе). [10] [11]

В 1864 году он был избран членом Американского философского общества . [12]

В 1884 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук . [13]

Кирхгоф умер в 1887 году и был похоронен на кладбище Святого Маттеуса Кирхгофа в Шенеберге , Берлин (всего в нескольких метрах от могил братьев Гримм ). Леопольд Кронекер похоронен на том же кладбище.

Законы цепи Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа заключается в том, что алгебраическая сумма токов в сети проводников, встречающихся в точке (или узле), равна нулю. Второй закон заключается в том, что в замкнутой цепи направленные суммы напряжений в системе равны нулю.

Три закона спектроскопии Кирхгофа.

Визуальное изображение законов спектроскопии Кирхгофа.
  1. Твердое тело, жидкость или плотный газ, возбужденный для излучения света, будет излучать свет на всех длинах волн и, таким образом, создавать непрерывный спектр.
  2. Газ низкой плотности, возбуждаемый для излучения света, будет делать это на определенных длинах волн, и это создает спектр излучения .
  3. Если свет, составляющий непрерывный спектр, проходит через холодный газ с низкой плотностью, результатом будет спектр поглощения.

Кирхгоф не знал о существовании энергетических уровней в атомах. Существование дискретных спектральных линий было известно с тех пор, как Фраунгофер открыл их в 1814 году. И то, что линии образуют дискретную математическую структуру, было описано Иоганном Бальмером в 1885 году. Джозеф Лармор объяснил расщепление спектральных линий в магнитном поле , известное как эффект Зеемана. за счет колебаний электронов. [14] [15] Но эти дискретные спектральные линии не были объяснены как электронные переходы до появления модели атома Бора в 1913 году, которая помогла создать квантовую механику .

Закон теплового излучения Кирхгофа

Именно закон теплового излучения Кирхгофа, в котором он предложил неизвестный универсальный закон излучения, привел Макса Планка к открытию кванта действия, ведущего к квантовой механике .

Закон термохимии Кирхгофа

Кирхгоф показал в 1858 году, что в термохимии изменение теплоты химической реакции определяется разницей в теплоемкости продуктов и реагентов:

.

Интегрирование этого уравнения позволяет оценить теплоту реакции при одной температуре на основе измерений при другой температуре. [16] [17]

Теорема Кирхгофа в теории графов

Кирхгоф также работал в математической области теории графов , в которой доказал теорему Кирхгофа о матричном дереве .

Работает

Смотрите также

Примечания

  1. ↑ Банкир Кирхгофа, узнав, что Кирхгоф определил элементы, присутствующие на Солнце, заметил: «Какой смысл в золоте на Солнце, если его нельзя доставить на Землю?» Кирхгоф положил свои призовые деньги (золотые соверены) банкиру, сказав: «Вот золото с Солнца». [9]
  1. ^ Маршалл, Джеймс Л.; Маршалл, Вирджиния Р. (2008). «Повторное открытие элементов: минеральные воды и спектроскопия» (PDF) . Шестиугольник : 42–48 . Проверено 31 декабря 2019 г.
  2. ↑ Уэйгуд, Адриан (19 июня 2013 г.). Введение в электротехнику. Рутледж. ISBN 9781135071134.
  3. ^ Кондепуди, Дилип; Пригожин, Илья (5 ноября 2014 г.). Современная термодинамика: от тепловых двигателей к диссипативным структурам. Джон Уайли и сыновья. п. 288. ИСБН 9781118698709.
  4. ^ Хоккей, Томас (2009). «Кирхгоф, Густав Роберт». Биографическая энциклопедия астрономов . Спрингер Природа . ISBN 978-0-387-31022-0. Проверено 22 августа 2012 г.
  5. ^ "Густав Роберт Кирхгоф - Dauerausstellung" . Кирхгоф-Институт физики . Проверено 18 марта 2016 г. Я 16 августа 1857 года, наследница Клары Ришело, die Tochter des Königsberger Mathematikers ... Фрау Клара, звезда 1869 года. Я, декабрь 1872 года, наследница Кирхгофа Луизы Бреммель.
  6. ^ Кирхгоф, Г. (1857). «О движении электричества в проводах». Философский журнал . 13 : 393–412.
  7. ^ Грано, П.; Ассис, АКТ (1994). «Кирхгоф о движении электричества в проводниках» (PDF) . Апейрон . 1 (19): 19–25. Архивировано (PDF) из оригинала 8 января 2006 г.
  8. ^ Уикс, Мэри Эльвира (1956). Открытие элементов (6-е изд.). Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования.
  9. ^ Азимов, Исаак Тайна Вселенной (Oxford University Press, 1992) с. 109
  10. ^ Б. Б. Бейкер и Э. Т. Копсон, Математическая теория принципа Гюйгенса (Oxford University Press, 1939), стр. 36–38.
  11. ^ Д. Миллер, «Исправленный принцип распространения волн Гюйгенса», Опт. Летт. 16 , 1370–1372 (1991)
  12. ^ "История участников APS" . search.amphilsoc.org . Проверено 16 апреля 2021 г.
  13. ^ "Г. Р. Кирхгоф (1824–1887)" . Королевская Нидерландская академия искусств и наук . Проверено 22 июля 2015 г.
  14. ↑ « Истории электрона: рождение микрофизики» под редакцией Джеда З. Бухвальда, Эндрю Уорвика
  15. ^ Лармор, Джозеф (1897), «О динамической теории электрической и светоносной среды, Часть 3, Отношения с материальными средами»  , Philosophical Transactions of the Royal Society , 190 : 205–300, Бибкод : 1897RSPTA.190..205L , дои : 10.1098/rsta.1897.0020
  16. ^ Лейдлер К.Дж. и Мейзер Дж.Х., «Физическая химия» (Бенджамин/Каммингс 1982), стр.62.
  17. ^ Аткинс П. и де Паула Дж., «Физическая химия Аткинса» (8-е изд., WH Freeman 2006), стр.56
  18. ^ Мерритт, Эрнест (1895). «Обзор Vorlesungen über mathematische Physik. Vol. IV. Theorie der Wärme Густава Кирхгофа под редакцией Макса Планка». Физический обзор . Американское физическое общество: 73–75.

Густав Роберт Кирхгоф, «IV. Ueber das Verhältniß zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorbsvermögen der Körper für Wärme und Licht», Annalen der Physik 185(2), 275–301 (1860). (выдумка термина «черное тело») [О соотношении излучательной способности и поглощательной способности тел тепла и света]

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки